JPS61190794A - ダイナミツク型ram - Google Patents

ダイナミツク型ram

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JPS61190794A
JPS61190794A JP60030339A JP3033985A JPS61190794A JP S61190794 A JPS61190794 A JP S61190794A JP 60030339 A JP60030339 A JP 60030339A JP 3033985 A JP3033985 A JP 3033985A JP S61190794 A JPS61190794 A JP S61190794A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit
refresh
signal
discharge
timer circuit
Prior art date
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Pending
Application number
JP60030339A
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English (en)
Inventor
Koji Shinoda
篠田 孝司
Masamichi Ishihara
政道 石原
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は、ダイナミック型RAM (ランダム・アク
セス・メモリ)に関するもので、例えば、自動リフレッ
シュ回路を内蔵するものに利用して有効な技術に関する
ものである。
〔背景技術〕
ダイナミック型メモリセルは、情報を電荷の形態で記憶
する記憶用キャパシタとアドレス選択用のMOSFET
とによって構成される。半導体基板上において形成され
たメモリセルにおいては、上記キャパシタに蓄積された
電荷が、リーク電流等によって時間とともに減少してし
まう。このため、常にメモリセルに正確な情報を記憶さ
せておくためには、メモリセルに記憶されている情報を
、その情報が失われる前に読み出して、これを増幅して
再び同じメモリセルに書込む動作、いわゆるリフレッシ
ュ動作を行う必要がある0例えば、64にビットのダイ
ナミック型RAMにおけるメモリセルの自動リフレッシ
ュ方式とし°ζ、「電子技術1誌のVo123、No 
3のpp30〜33に示されている自動リフレッシュ回
路が公知である。すなわち、ダイナミック型RAMに、
リフレッシュ制御用の外部端子を設けて、この外部端子
に所定のレベルのリフレッシュ制御信号REFを印加す
ることにより、ダイナミック型RAM内の複数のメモリ
セルカ(自LJ的にリフレッシュされるオートリフレッ
シュ機能と、上記リフレッシュ信号REFを所定のレベ
ルにしつづけることにより内蔵のタイマー回路を作動さ
せて、一定周期毎に上記リフレッシュ動作を行うセルフ
リフレッシュ機能とが設りられている。
このような従来の自動リフレッシュ回路におけるセルフ
リフレッシュサイクルは、全てのメモリセルに対して同
じ周期によってリフレッシュ動作を行うものであるので
、ワーストケースを考慮した約2〜4趣程度の極く短い
リフレッシュ周期が選ばれる。ダイナミック型RAMに
あっては、このように極い短い時間間隔で常にリフレッ
シュ動作を行うものであり、その消費電力の大半は、リ
フレッシュ動作によるよるもとなってしまう。
本III発明者は、メモリセルの情報記憶保持時間につ
いて検討した結果、大半のメモリセルにおける情報記憶
保持時間が約400〜100 Qms程度と犬す<、半
導体ウェハ上に完成された多数の半導体チップ(ダイナ
ミック型RAM)の中の複数チップの限られたメモリセ
ルのみがプロセス不良等により落ちこぼれ的に数帖程度
のリフレッシュ周期を必要とするものであることを見い
出した。
そこで、本願発明者は、製造された個々の半導体ウェハ
チップにおけるメモリセルの情報記憶保持時間に見合う
ようにそのリフレッシュ周期をプログラムすることを考
えた。
C発明の目的〕 この発明の目的は、低消費電力化を図ったダイナミック
型RAMを提供することにある。
この発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、
この明細書の記述および添付図面から明らかになるであ
ろう。
〔発明の概要〕
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記の通りである。
すなわち、セルフリフレッシュ周期を決定するタイマー
回路の時間設定を記憶回路を用いて可変として、半導体
チップの情報記憶時間の測定に従いそこに形成されたメ
モリセルに必要とされるリフレッシュ周期の設定を行う
ものである。
〔実施例〕
第1図には、この発明に係るダイナミック型RAMの一
実施例の回路図が示されている。
同図に示した実施例回路では、NチャンネルMOS F
 E ’I”を代表とするI G F E ′r (I
 n5ulatedGate Field  Effe
ct Transistor )を例にして説明する。
同図の各回路素子及び回路ブロックは、公知の半導体集
積回路の製造技術によって、特に制限されないが、1 
(itの単結晶シリコンのような半導体基板上に形成さ
れる。
1ビツトのメモリセルMCは、その代表として示されて
いるように情報記憶キャパシタC8とアドレス選択用M
O3FE”、Qmとからなり、論理“1″、“0″の情
報はキャパシタCsに電荷が有るか無いかの形で記憶さ
れる。
情報の読み出しは、M OS F E T Q mをオ
ン状態にしてキャパシタCsを共通のデータ線DLにつ
なぎ、データ線DLの電位がキャパシタCsに蓄槽され
た電荷量に応じてどのような変化が起きるかをセン′ス
することによって行われる。
メモリセルMCを小さく形成し、かつ共通のデータ線D
Lに多くのメモリセルをつないで高集積大容量のメモリ
マトリックスにしであるため、上記キャパシタCsと、
共通データ線DLの浮遊容量Co(図示せず)との関係
は、Cs / Coの比が非常に小さな値になる。した
がって、上記キャパシタCsに蓄積された電荷量による
データ線DLの電位変化は、非常に微少な信号となって
いる。
このような微少な信号を検出するための基準としてタミ
ーセルDCが設けられている。このダミーセルDCは、
その牛、l−パシタCdの容量値がメモリセルMCのキ
ャパシタCsのほぼ半分であることを除き、メモリセル
Meと同じ製造条件、同じ設計定数で作られている。キ
ャパシタCdは、アドレッシングに先立って、MO3F
ETQd’によって接地電位に充電される。
上記のように、キャパシタCdは、キャパシタCsの約
半分の容量値に設定されているので、メモリセルMCか
らの読み出し信号のほぼ半分に等しい基準電圧を形成す
ることになる。
同図においてSAは、上記アドレッシングにより生じる
このような電位変化の差を、タイミング信号(センスア
ンプ制御信号)φpal、φpa2で決まるセンス期間
に拡大するセンスアンプであり(その動作は後述する)
、1対の平行に配置された相補データ線DL、DLにそ
の入出力ノードが結合されている。相補データ線DL、
DLに結合されるメモリセルの数は、検出精度を上げる
ため等しくされ、DL、DLのそれぞれに1個ずつのダ
ミーセルが結合されている。また、各メモリセルM C
は、1本のワード線WLと相補対データ線の一方との間
に結合される。各ワード線WLは双方のデータ線対と交
差しているので、ワード線WLに生じる雑音成分が静電
結合によりデータ線にのっても、その雑音成分が双方の
データ線対DL。
DLに等しく現れ、差動型のセンスアンプSAによって
相殺される。上記アドレッシングにおいて、相補データ
線対DL、DLの一方に結合されたメモリセルMCが選
択された場合、他方のデータ線には必ずダミーセルDC
が結合されるように一対のダミーワード線DWL、DW
Lの一方が選択される。
上記センスアンプSAは、一対の交差結線されたMO3
FETQI、Q2を有し、これらの正帰還作用により、
相補データ線DL、DLに現れた微少な信号を差動的に
増幅する。この正帰還動作は、2段回に分けておこなわ
れ比較的小さいコンダクタンス特性にされたMO3FE
TQ7が比較的早いタイミング信号φpalによって導
通し始めると同時に開始され、アドレッシングによって
相補データ線DL、DLに与えられた電位差に基づき高
い方のデータ線電位は遅い速度で、低い方のそれは速い
速度で共にその差が広がりながら下降していく。この時
、上記電圧差がある程度大きくなったタイミングで比較
的大きいコンダクタンス特性にされたMO3FETQB
がタイミング信号φpa2によって導通するので、上記
低い方のデータ線電位が急速に低下する。このように2
段階にわけてセンスアンプSAの動作を行わせることに
よって、上記高い方の電位落ち込みを防止する。
こうして低い方の電位が交差結合MO3F’ETのしき
い値電圧以下に低下したとき正帰還動作が終了し、高い
方の電位の下降は1!源電圧Vccより低く上記しきい
値電圧より高い電位に留まるとともに、低い方の電位は
最終的に接地電位(Ov)に到達する。
上記のアドレッシングの際、一旦破壊されかかったメモ
リセルMCの記憶情報は、このセンス動作によって(す
られたハ・fレベル若しくはロウレベルの電位をそのま
ま受は取ることによって回復する。しかしながら、前述
のようにハイレベルが電#電圧Vccに対して一定以上
落ち込むと、何回かの読み出し、再書込みを繰り返して
いるうらに論理″0゛として読み取られると、:ろの誤
動作が生じる。この誤動作を防ぐために設けられるのが
アクティブリストア回路ARである。このアクティブリ
ストア回路ARは、ロウレベルの信号に対して何ら影響
を与えずハイレベルの信号にのみ選択的に電源電圧Vc
cの電位にブートストする働きがある。
同図において代表として示されているデータ線対DL、
DLは、カラムスイッチCWを構成するMO3FETQ
3.Q4を介してコモン相補データ線対CDL、CDL
に接続される。他の代表として示されているデータ線対
についても同様なMO3FETQ5.Q6を介してコモ
ン相補データ線対CDL、CDLに接続される。このコ
モン相116テータ線対CDL、  5石ニーには、出
力アンプを含むデータ出カバソファDOBの入力端子と
データ入カバソファDIBの出力端子に接続される。
ロウデコーダ及びカラムデコーダR,C−DCRは、ア
ドレスバッファADBで形成された内部相補アドレス信
号を受けて、1本のワード線及びダミーワード線並びに
カラムスイッチ選択信号を形成してメモリセル及びダミ
ーセルのアドレッシングを行う、すなわち、ロウアドレ
スストローブ信号RASにより形成されたタイミング信
号φarに同期して外部アドレス信号AXO=AXiを
アドレスバッファADBに取込み、ロウデコーダR−D
しHに伝えるとともに、ワード線選択タイミング信号φ
Xにより所定のワード線及びダミーワード線選択動作を
行う。そして、カラムアドレスストローブ信号CASに
より形成されたタイミング信号φacに同期して外部ア
ドレス信号AYO〜AYiをアドレスバッファADBに
取込み、カラムデコーダC−DCHに伝えるとともに、
データ線選択タイミング信号φyによりデータ線の選択
動作を行う。
タイミング制御回路TCは、外部から供給されたアドレ
スストローブ信号RAS、CASと、う(1−イネーブ
ル信号WEとを受け、上記代表として示されたタイミン
グ信号の他各種タイミング信号を形成する。
リフレッシュ制御回路REFCは、特に制限されないが
、後述するようなタイマー回路と、内部ロウアドレス信
号axOxaxiを形成するカウンタ回路とを含んでお
り、外部端子から供給されるリフレッシュ信号REFに
より起動される。
第2図には、上記リフレッシュ制御回路REFCの一実
施例の回路図が示されている。
タイマー回路TMは、次の各回路素子によって構成され
る。インバータ回路N5によって形成された入力信号φ
lは、プリチャージMO3FETQIO,Qllのゲー
トに供給される。このプリチャージMO3FETQIO
は、後述するディスチャージMO3FETQI 4.Q
l 5のゲート容量へのプリチャージを行うものである
。上記MO3FETQIOと回路の接地電位点との間に
は、ディスチャージMO3FETQI 4.Ql 5の
動作電圧を形成するダイオード形態のMOS F ET
Q12.Ql3が直列形態に設けられる。また、上記プ
リチャージMO3FETQI 1は、キャパシタCへの
プリチャージ電流を形成するものである。そして、ディ
スチャージMO3FETQI 4゜Ql5は、上記動作
電圧に従ってキャパシタCのディスチャージ電流を流す
ものである。
この実施例では、上記ディスチャージ電流を可変にする
ことによってタイマ一時間の可変にさせるため、上記一
方のMOSFETQI 5のゲートには、スイッチMO
3FE’T’Q17を介して上記動作電圧が選択的に供
給される。すなわち、上記スイッチMO3F E’rQ
17のゲートには、特に制限されないが、ポリシリコン
層からなるヒユーズ手段11”と高抵抗Rかうなる記憶
回路の出力信号を受けるインバータ回路N7の出力信号
が供給される。また、上記MO3FETQ15(7)ゲ
ートト回路の接地電位点との間には、上記記憶回路の出
力によって制御されるMOSFETQI 6が設けられ
る。上記千ヤパシタCの電圧VCは、インバータ回路N
6によって、七のロジンクスレフショルド電圧を基準と
してハイレベル/ロウレベルの識別動作が行われる。
例えば、ヒユーズ手段ドが溶断されない場合、MOSF
ETQI 6は、そのゲートに電tA@圧■CCが供給
されるのでオン状態にサレる。このMOSFETQI6
のオン状態によッ”’CM OS F E TQ15は
、そのゲートに回路の接地電位が供給されるのでオフ状
態にされる。また、上記記憶回路からの電源電圧V c
−cのようなハイレベルによってインバータ回路N7の
出力信号はロウレベルにされる。これによって、スイッ
チMO3FETQI7はオフ状態にされる。このような
状態においては、上記キャパシタCのディスチャージ電
流はMOSFETQI 4のみによって形成されるから
、そのディスチャージ時間が長くされる。言い換えるな
らば、後述するような発振動作の周期が長くされる。こ
の時間は、前記落ちこぼれ的なメモリセルを有さない半
導体チップ(ダイナミック型RAM)において必要とさ
れるリフレッシュ周期の11!!りが、例えば400m
aに見合うように長くされる。
一方、上記ヒユーズ手段Fが溶断された場合、MOSF
ETQI 6は、そのゲートに回路の接地電位が供給さ
れるのでオフ状態にされる。上記記憶回路からの回路の
接地電位のようなロウレベルによってインバータ回路N
7の出力信号はハイレベルにされる。これによって、ス
イッチMO3FETQ17はオン状態にされる。このよ
うな状態においては、上記MO3FETQI 5のゲー
トには1.上記動作電圧が供給されるので、上記キャパ
シタCのディスチャージ電流はルfO3FETQ14と
Ql5とによりて形成される。したが1て、そのディス
チャージ時間が短くされる。これにより、上記リフレッ
シュ周期は、落ちごばれ的なメモリセルのリフレッシュ
周期に合わせ“(、例えば約4msのような短くされる
なお、上記ディスチャージM OS F E T Q 
14 。
Ql5のコンダクタンス特性は、プリチャージMO3F
ETQI 1のコンダクタンス特性に比べて十分に小さ
く設定されているので、プリチャージMO3FETQI
 1がオン状態となるプリチャージ期間中においては、
キャパシタCにはは’(Vcc−vthのレベルにプリ
チャージされる。
このようなタイマー回路TMは、リフレッシュ制御信号
REFのレベルを監視して、オート又セルフリフレッシ
ュ動作の動作モードを識別する。
回路記号C0UNTで示されているのは、リフレッシュ
アドレスカウンタであり、リフレッシュ用の内部相補ア
ドレス信号axO−axiを形成する。外部端子から供
給されるリフレッシュ制御信号REFは、ノア(NOR
)ゲー、ト回路Glの一方の入力に供給される。このゲ
ート回路G1の他方の入力には、上記タイマー回路TM
の出力信号φ3が供給される。このゲート回路G1の出
力信号φ1は、一方においてタイマー回路TMの起動信
号として供給され、他方において遅延回路を構成する縦
列形態にされたインバータ回路N1〜N3により反転遅
延される。この反転遅延信号と上記出力信号φ1とは、
ナンド(NAND>ゲート回路G2に入力され、その出
力に設けられたインバータ回路N4によって上記信号φ
1の立ち上がりに同期し、上記遅延回路DLで設定され
た時間のパルス幅を持つパルスφ2が形成される。この
パルスφ2は、リフレッシュアドレスカウンタC0NT
に入力され、そのリフレッシュアドレス歩道動作のため
に用いられる。
この実施例のリフレッシュ制御回路REFCの動作を第
3図のタイミング図に従って説明する。
外部端子から供給されるリフレッシュ制御信号REFが
ハイレベル(論理“l”)の時、ノアゲート回路G1の
出力信号φ1がロウレベルになっている。これにより、
インバータ回路N5によってタイマー回路の入力fB号
T1はハイレベルにされる。この入力信号φ1のハイレ
ベルにより、プリチャージMO3FETQ1tJ、Ql
 1は共にオン状態にされる。したがって、キャパシタ
Cは、Vcc−Vthのハイレベル固定されるので、イ
ンバータ回路N6の出力信号(タイマー出力信号)φ3
がロウレベルに固定状態(リセット状態)にされる。
次に、外部端子から供給されるリフレッシュ制御信号R
EFがロウレベル(論理“0”)に変化“3−ると、ノ
“rゲート回路Glの出力fff号φ1はロウレベルか
らハイレベルに変化する。これにより、上述のようにリ
フレッシュアドレスカウンタC0NTの入力パルスφ2
が形成される。また、タイマー回路TMの入力信号φ1
がロウレベルにされるので、ヒユーズ手段Fが溶断され
なければMO3FETQ14、ヒユーズ手段Fが溶断さ
れていればMO3FETQI 4とQl5によるキャパ
シタCのディスチャージ動作が開始される。上記外部端
子から供給されるリフレッシュ制御信号REFがロウレ
ベルのままならば、このキャパシタCのディスチャージ
動作によってその電圧VCはインバータ回路N6のロジ
ンクスレッシッルド以下にされる。これに応じて、イン
バータ回路N6の出力信号φ3はロウレベルからハイレ
ベルにi化する。したがって、ノアゲート回路G1の出
力信号φlは再びロウレベルに変化させられるので、タ
イマー回路TMは、そのキャパシタCがプリチャージ状
態に、言い換えるならばリセット状態にされる。上記プ
リチャージ動作によって、上記出力信号φ3は再びロウ
レベルに復旧させられる。
これにより、ノアゲート回路Glの出力信号φlはロウ
レベルに変化に変化させられるので、再びタイマー回路
TMに起動がかけられる。以上の発振動作は上記リフレ
ッシュ制御信号REFがロウレベルであり続ける間行わ
れるものである。
上記パルス信号φ2によりリフレッシュアドレス力1り
/りCQ N Tは、その歩進動作を行う。また、上記
信号φ1のハ・fレベルへの変化によって、上記第1図
のマルチプレクサMPXは、上記リフレッシエアドレス
カウンタC0UNT側に切り換えられている。したがっ
て、上記リフレッシュアドレスカウンタC0UNTの歩
道動作によって変化されたアドレス信号axOmaxl
よりワード線選択動作が行われることによってセルフリ
フレッシュ動作が実施されることになる。
なお、上記リフレッシュ制御信号REFのロウレベルの
期間を上記タイマー回路TMの設定時間以下に短くする
と、上記リフレッシュ制御信号R訂のロウレベルに同期
して、パルス信号φ2が形成されるので、このリフレッ
シュ制御信号RE[の周期に従ったオートリフレッシュ
動作が行われるものである。
この実施例のタイマー回路TMは、設定時間がプログラ
ム素子であるヒユーズ手11Fによって可変にされるの
で、それが搭載された半導体チップ(ダイナミック型R
AM)のブロービングによる試験によって判定されたメ
モリセルの情報記憶時間に合わせて、落ちこぼれ的なメ
モリセルのあるものは短く、それが無いものは長く設定
されるものである。
〔効 果〕
(1)タイマー回路の時間設定を可変にすることにより
、それが搭載されたダイナミック型RAMにおけるメモ
リセルの実力(情報記憶保持時間)に合わせてセルフリ
フレッシュ周期の設定を行うことができる。これにより
、製造される大半のダイナミック型RAMのセルフリフ
レッシュ周期が長くできるから、スタンバイ(情報保持
状態)での消費電流の大幅な低減化を図ることができる
という効果が得られる。ちなみに、約256にビットの
ダイナミック型RAMの場合、リフレッシュ周期を41
とした場合の消費電流は約1mAであるのに対して、リ
フレッシュ周期を400mにすれば、そのl/100の
約10μAに低減できる。
(2)セルフリフレッシュ動作は、情報の記憶動作のみ
を行うスタンバイ状態、例えばバッテリーバックアンプ
時に使用されるから、上記低消費電力化によってバッテ
リー寿命を長くできるという効果が得られる。
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、この発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を進展しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない0例えば、タイマー回路
の時間は、3種類以上の時間に設定できるようにするも
のであってもよい、また、その時間設定のために使用さ
れるプログラム素子は、例えばポリシリコンにレーザー
アニールを施してその抵抗値を変化させるもの、又は細
いアルミニュウム線をヒユーズ手段として用いるもの、
或いはMOSダイオードを破壊させるもの等種々の実施
形態を採ることができるものである。さらに、その記憶
回路の記憶情報に従ってタイマ一時間を変化させる回路
は、種々の実施形態を採ることができるものである。
また、ダイナミック型RAMの構成は、周辺回路をCM
OSスタティック型回路を用いて構成するもの、あるい
は、アドレス信号をそれぞれ独立した外部端子から供給
するとともに、アドレス信号の変化を検出して、内部回
路の動作に必要な一連のタイミング信号を形成する内部
同期式のもの等種々の実施形態を採ることができるもの
である。
〔利用分野〕
この発明は、上記タイマー回路を用いた自動リフレッシ
ュ回路を内蔵するダイナミック型RAMに広く利用でき
るものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明に係るダイナミ7り型RAMの一実
施例を示すブロック図、 第2図は、第1図におけるリフレッシュ制御回路の一実
施例を示す回路図、 第3図は、そのの動作の一例を示すタイミング図である
。 MC・・メモリセル、DC・・ダミーセル、CW・・カ
ラムスイッチ、SA・・センスアンプ、AR・・アクテ
ィブリストア回路、RC−DCR・・ロウ/カラムデコ
ーダ、ADB・・アドレスバッファ、DOB・・データ
信号バッファ、DIB・・データ人カバソファ、TC・
・タイミング制御回路、MPX・・マルチプレクサ、R
EFC・・リフレッシュ制御回路、TM・・タイマー回
路、DL・・遅延回路、C0UNT・・リフレッシュア
ドレスカウンタ ^YO〜^Y1

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、記憶回路に記憶された情報に従って、その時間設定
    が可変にされたタイマー回路と、このタイマー回路の設
    定時間に従って形成された発振パルス信号を受けてリフ
    レッシュ用アドレス信号を形成するアドレスカウンタ回
    路を含む自動リフレッシュ制御回路を内蔵することを特
    徴とするダイナミック型RAM。 2、上記記憶回路は、ヒューズ手段の選択的な溶断によ
    り記憶情報の書き込みが行われるものであることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載のダイナミック型RA
    M。 3、上記タイマー回路は、外部端子から供給されるリフ
    レッシュ制御信号によりそのスタート及びリセットの制
    御が行われるものであることを特徴とする特許請求の範
    囲第1又は第2項記載のダイナミック型RAM。
JP60030339A 1985-02-20 1985-02-20 ダイナミツク型ram Pending JPS61190794A (ja)

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